CC BY
11Вспомогательное производство: проектирование и эксплуатация систем энергообеспечения
Говорится об актуальной проблеме организации и эксплуатации систем энергообеспечения на предприятиях обрабатывающих производств. Приводятся выявленные тенденции роста удельного расхода энергетических ресурсов по большинству видов электрического оборудования. Обосновывается важность научного промышленного инжиниринга при выборе моделей систем энергообеспечения на производстве. УДК статьи 658.5; 620.9
Р.Н. Пигилова1
Казанский государственный энергетический университет, [email protected]
Т.В. Малышева2
Казанский национальный исследовательский технологический университет, д-р техн. наук, доцент, [email protected]
брабатывающие производства являются ключевым потребителем энергетических ресурсов: электрической энергии, пара, газа, сжатого воздуха. При этом организация систем энергообеспечения на предприятии выступает важным звеном функционирования производства и ключевым фактором эффективного расхода ресурсов [1, 2]. Основными задачами энергетического хозяйства как вспомогательного производства являются надежное и бесперебойное обеспечение предприятия всеми видами энергии установленных параметров при минимальных затратах. Перебои в снабжении энергией вызывают прекращение процесса производства, нарушение технологических режимов.
При производстве некоторых видов электрической продукции и оборудования наблюдается значительный рост фактического расхода электроэнергии, теплоэнергии и топлива и соответственно обострение энергодефи-
цита в данных промышленных зонах [3, 4]. Так, на российских предприятиях по производству центробежных насосов в последние пять лет увеличился удельный расход электроэнергии — в 2,8 раза, теплоэнергии — в 6 раз, топлива — в 4,2 раза. Рост потребления энергетических ресурсов происходит также в производстве электродвигателей (мощностью не более 750 Вт), двигателей внутреннего сгорания, изолированных проводов и кабелей (табл. 1).
Энергообеспечение каждого промышленного предприятия имеет свои особенности, обусловленные спецификой его производства и потребления энергии. Производство и распределение энергии должны осуществляться в момент ее потребления, то есть энергия должна доставляться бесперебойно и в необходимом количестве. Энергообеспечение большей части обрабатывающих производств имеет централизованную систему, в которой энергоносители поступают от внеш-
1 преподаватель кафедры, г. Казань, Республика Татарстан, Россия
2 профессор кафедры, г. Казань, Республика Татарстан, Россия
Для цитирования: Пигилова Р.Н., Малышева Т.В. Вспомогательное производство: проектирование и эксплуатация систем энергообеспечения // Компетентность / Competency (Russia). — 2022. — № 9-10. DOI: 10.24412/1993-8780-2022-9-44-4
ключевые слова
обрабатывающие производства, энергетические ресурсы, энергетическая система, энергия на двигательную силу, энергия на технологические цели
Таблица 1
Фактический расход электроэнергии, теплоэнергии и топлива на единицу отдельных видов электрического оборудования [5] [Actual consumption of electricity, heat and fuel per unit of certain types of electrical equipment]
Электроэнергия, кВт.ч [Electricity, kWh] Тепловая энергия, ккал [Thermal energy, kcal] Топливо, кг усл. топ. [Fuel, kg]
2021 темп роста с 2017 г., % 2021 темп роста с 2017 г., % 2021 темп роста с 2017 г., %
Насосы центробежные подачи жидкостей, шт. 138,7 278,0 61,5 596,8 2,1 424,0
Электродвигатели мощностью не более 750 Вт, шт. 198,8 244,9 102,0 249,4 0,5 14,1
Провода и кабели изолированные (кроме волоконно-оптических), тыс. км 28613,4 272,6 18128,1 312,9 376,7 312,9
Двигатели внутреннего сгорания для автотранспортных средств и мотоциклов, шт. 1000,4 153,5 321,0 88,6 76,8 74,2
них станции центральной энергетической системы [6]. Потребляемые предприятием энергоресурсы могут производиться и на самом промышленном предприятии (автономное или внутреннее обеспечение): электроэнергия — на заводской электрической станции, пар и горячая вода — в котельных, генераторный газ — на газогенераторной станции (рис. 1).
Выбор системы энергообеспечения при проектировании предприятия зависит от мощности производства и удаленности объекта от центральной энергосистемы. Система энергообеспечения обрабатывающих производств должна быть немногоступенчатой, с относительно короткими питающими сетями, с достаточно простой инженерной конструкцией прокладки сети. Кроме того, она должна быть масштабируемой и давать возможность внедрения нового оборудования и технологий [7, 8].
Для предприятий обрабатывающих производств наибольшее значение имеет потребление энергии на двигательные и технологические цели. Незначительная доля энергии используется на отопление, освещение и санитарно-вентиляционные нужды.
Высокотехнологичные производства с мощным оборудованием имеют больший удельный вес использования
Обрабатывающие производства являются ключевым потребителем энергетических ресурсов: электрической энергии, пара, газа, сжатого воздуха
энергии на двигательные цели и соответственно более значимый режим загрузки машин и аппаратов [9, 10]. Перерасход двигательной энергии может свидетельствовать о непроизводительных простоях оборудования, что влечет за собой потерю энергоресурсов и рост себестоимости продукции. В качестве двигательной силы технологического и подъемно-транспортного оборудования преимущественно используются электроэнергия, пар и сжатый воздух.
На российских обрабатывающих производствах доля электроэнергии на технологические нужды в 20132021 годах варьировалась в диапазоне от 39,6 % (min) до 41,4 % (max); на двигательную силу — от 48,7 % (min) до 50,7 % (max); на освещение, включая потери в заводских электросетях, — от 9,0 % (min) до 10,1 % (max).
Систематизация рядов данных о структуре расхода электроэнергии
Рис. 1. Модели внешней (а) и внутренней (б) организации системы энергообеспечения промышленного производства [Models of external (a) and internal (b) organization of the energy supply system of industrial production]
Электрическая энергия Тепловая энергия (пар, горячая вода) Газ
Основное производство
Заводская понизительная подстанция / Заводская электростанция Заводская теплоцентраль Сеть дальнего газоснабжения
О О
Центральная электрическая станция Центральная тепловая сеть
Энергетическая система
Электрическая энергия Тепловая энергия (пар, горячая вода) Газ
Основное производство
а)
б)
Заводская электрическая станция
Котельная / Заводская теплоцентраль
Газогенераторная станция
Таблица 2
Дескриптивная статистика динамики расхода электроэнергии обрабатывающими производствами в 2013-2021 годах [Descriptive statistic electricity consumption dynamics by manufacturing industries in 2013-2021]
Электроэнергия на технологические нужды [Electricity for technological needs], % Электроэнергия на двигательную силу [Electricity per driving force], % Электроэнергия на освещение, потери в заводских электросетях [Electricity for lighting, losses in factory power networks], %
Среднее значение 40,67 49,72 9,61
Стандартное отклонение 0,72 0,65 0,32
Эксцесс (Ех) -1,50 -0,88 0,78
Асимметричность -0,74 0,13 -0,50
Минимум 39,60 48,75 9,00
Максимум 41,45 50,70 10,10
Рис. 2. Структура расхода электроэнергии обрабатывающими производствами в 20132021 годах [The structure of electricity consumption by manufacturing industries in 2013-2021]
с использованием инструментов дескриптивной статистики представлена в табл. 2. Коэффициенты эксцесса показывают высокую стабильность динамического ряда по электроэнергии на освещение и потери (Ех = 0,78). Отрицательный эксцесс по расходам на технологические нужды (Ех = -1,5) и двигательную силу (Ех = -0,88) свидетельствует об отсутствии в изучаемой совокупности сформировавшегося ядра с близкими значениями.
Отрицательные коэффициенты асимметричности по расходу электроэнергии на технологические нужды (As = -0,74) и освещение (As = -0,5) говорят о наличии левосторонней асимметрии, то есть о преобладании значений меньше среднего по исследуемому диапазону данных. Напротив, электроэнергия на двигательную силу имеет положительную незначительную асимметричность (As = 0,13) и смещение
асимметрии ряда в правую сторону с преобладанием высоких значений.
По массиву обрабатывающих производств существенных изменений по структуре расхода электроэнергии не наблюдается (рис. 2). Преобладание максимальных значений над минимальными по использованию электроэнергии на двигательную силу может свидетельствовать как об изменении мощности производств, так и о наличии непроизводительного расхода энергии по причине простоя оборудования или его нерационального использования.
При проектировании систем энергообеспечения предприятий обрабатывающих производств необходимо учитывать следующие производственные факторы:
► пространственную и количественную структуру заводской энергетической системы;
► тип производства, энергетические
□ Электроэнергия на освещение производственных помещений,
потери в заводских электросетях,
%
□ Электроэнергия на двигательную силу, % ■ Электроэнергия на технологические нужды, %
100% -, 90% -80% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0%
49,7
9,8 9,6_^H_9.Z_^H_9
48,8
49,2
49,1
41,0 ^Н41,4 ^Н41,2 ^Н41,2
49,5
0,1 9,9 9,6 9,0
50,0 50,5
50,7
50,0
39,9 ■■ 39,6 ■■ 39,7 ■■ 41,0
2013
2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021
41,0
и режимные характеристики технологических машин и агрегатов;
► режимы выхода вторичных энергетических ресурсов с учетом условий работы технологических машин и агрегатов;
► нештатные ситуации: случаи перебоя с подачей энергетических ресурсов с центральных линий, перерывы в потреблении вторичных ресурсов внутри производства или сторонними потребителями;
► возможное изменение технологических циклов на размеры входа энергетических ресурсов и выхода вторичных ресурсов;
► наличие технических возможностей и средств для обеспечения промышленной безопасности при эксплуатации систем энергообеспечения и прочее.
Таким образом, в ходе исследования проблем организации и функционирования систем энергообеспечения обрабатывающих производств получены следующие результаты:
1) выявлены тенденции роста удельного расхода энергетических ресурсов по большинству видов обрабатывающих производств, в частности электрической продукции и оборудования, что определяет важность поиска новых научных подходов к проектированию и организации систем энергообеспечения на предприятии;
2) обосновано, что при выборе моделей систем энергообеспечения на про-
Список литературы
1. Балакина М.Ф. Организация и планирование производства / под ред. Балакиной М.Ф., Рязановой В.А. — М.: Academia, 2018.
2. Малышева Т.В. Ресурсосберегающие производственные системы. Управление информационными потоками // Компетентность / Competency (Russia). — 2020. — № 4.
3. ГОСТ 58057-2018. Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Планирование развития энергосистем. Общие требования.
4. Васильева И.П. Модель развития системы стандартизации организации в условиях ограниченных ресурсов // Известия Самарского научного центра РАН. — 2018. — Т. 20. — № 6.
5. Материалы сайта Федеральной службы государственной статистики; http://www.gks.ru/.
6. Зиятдинов Н.Н. Метод закрепления переменных в задаче оптимальной теплоинтеграции / Н.Н. Зиятдинов, И.И. Емельянов, Д.В. Кубанов, Г.З. Баймухаметова, Л.К. Туен // Вестник Технологического университета. — 2018. — Т. 21. — № 7.
7. Малышева Т.В. Проекты энерго-, ресурсосбережения на предприятиях Республики Татарстан в условиях кризиса / Т.В. Малышева, А.И. Шинкевич, И.А. Зарайченко // Вестник Казанского технологического университета. — 2011. — № 2.
8. Geng Z. Energy efficiency evaluation and energy saving based on DEA integrated affinity propagation clustering: Case study of complex petrochemical industries / Z. Geng, R. Zeng, Y. Han // Energy. — 2019. — № 179.
9. Мешалкин В.П. Инжиниринг как многофункциональный вид технического и организационно-технологического творчества / В.П. Мешалкин, С.М. Ходченко // Русский инженер. — 2017. — № 1(54).
10. Shang Z. Towards less energy intensive heavy-duty machine tools: Power consumption characteristics and energy-saving strategies / Z. Shang, D. Gao, Z. Jiang // Energy. — 2019. — № 178.
Выбор системы энергообеспечения при проектировании предприятия зависит от мощности производства и удаленности объекта от центральной энергосистемы
изводстве необходим научный промышленный инжиниринг как основа для проектирования вспомогательных процессов энергоснабжения основного производства;
3) анализ потребления электроэнергии обрабатывающими производствами на двигательные и технологические цели, производственное освещение показал относительную стабильность удельного веса расхода ресурсов с некоторым преобладанием максимальных значений по использованию энергии на двигательную силу, что может свидетельствовать о наличии непроизводительного расхода энергии по причине простоя оборудования или его нерационального использования.
Организация и эксплуатация систем энергообеспечения на предприятиях являются многофункциональной задачей, требующей непрерывного совершенствования в силу разработки новых технологий и оборудования, повышения требований к надежности энергос- Статья поступила набжения и цифрового развития. ■ в редакцию 5.10.2022
Auxiliary Production: Design and Operation of Energy Supply Systems
R.N. Pigilova1, Kazan State Power Engineering University, [email protected]
T.V. Malysheva2, Kazan National Research Technological University, Assoc. Prof. Dr., [email protected]
1 Lecturer of Department, Kazan, Republic of Tatarstan, Russia
2 Professor of Department, Kazan, Republic of Tatarstan, Russia
Citation: Pigilova R.N., Malysheva T.V. Auxiliary Production: Design and Operation of Energy Supply Systems, Kompetentnost / Competency (Russia), 2022, no. 9-10, pp. 44-DOI: 10.24412/1993-8780-2022-9-44-48
key words
manufacturing industries, energy resources, energy system, energy for motive power, energy for technological purposes
References
We examined the actual problem of organization and operation of power supply systems at manufacturing enterprises. Here, we have revealed the tendencies of growth in the specific consumption of energy resources for most types of electrical equipment. It determines the relevance of the search for new scientific approaches to the design of energy supply systems. We have substantiated the importance of scientific industrial engineering in the choice of models of energy supply systems in production. Also we showed the relative stability of the share of resource consumption for production purposes with a certain predominance of maximum values for energy use per unit of thrust. All this may indicate the presence of unproductive energy consumption due to equipment downtime or its irrational use.
In conclusion, we believe that when choosing models of power supply systems in production, scientific industrial engineering is necessary as a basis for designing auxiliary power supply processes of the main production.
1. Balakina M.F. Organizatsiya i planirovanie proizvodstva [Organization and planning of production], Moscow, Academia, 2018, 736 P.
2. Malysheva T.V. Resursosberegayushchie proizvodstvennye sistemy. Upravlenie informatsionnymi potokami [Resource-saving production systems. Information flow management], Kompetentnost' / Competency (Russia), 2020, no. 4, 56 P.
3. GOST 58057-2018 Unified energy system and isolated energy systems. Planning for the development of energy systems. General requirements.
4. Vasil'eva I.P. Model' razvitiya sistemy standartizatsii organizatsii v usloviyakh ogranichennykh resursov [A model for the development of an organization's standardization system in conditions of limited resources], Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN, 2018, vol. 20, no. 6, pp. 74-77.
5. Materials of the Federal State Statistics Service website; http://www.gks.ru/.
6. Ziyatdinov N.N. Metod zakrepleniya peremennykh v zadache optimal'noy teplointegratsii [The method of fixing variables in the problem of optimal thermal integration], Vestnik Tekhnologicheskogo universiteta, 2018, vol. 21, no. 7, pp. 91-97.
7. Malysheva T.V. Proekty energo-, resursosberezheniya na predpriyatiyakh Respubliki Tatarstan v usloviyakh krizisa [Energy and resource saving projects at the Republic of Tatarstan enterprises in crisis], Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta, 2011, no. 2,
pp. 294-299.
8. Geng Z. Energy efficiency evaluation and energy saving based on DEA integrated affinity propagation clustering: Case study of complex petrochemical industries, Energy, 2019, no. 179, pp. 863-875.
9. Meshalkin V.P. Inzhiniring kak mnogofunktsional'nyy vid tekhnicheskogo i organizatsionno-tekhnologicheskogo tvorchestva [Engineering as a multifunctional type of technical and organizational-technological creativity], Russkiy inzhener, 2017, no. 1(54), pp. 42-47.
10. Shang Z. Towards less energy intensive heavy-duty machine tools: Power consumption characteristics and energy-saving strategies, Energy, 2019, no. 178, pp. 263-276.
ЮМПЕТЕНТИОСТЬ
87872
l I
I j
ПО ОБЪЕДИНЕННОМУ КАТАЛОГУ «ПРЕССА РОССИИ»
